Les encres d’impression 3D peptidiques pourraient faire progresser la médecine régénérative


Comment construire des structures complexes pour loger des cellules en utilisant un matériau aussi mou que de la gelée ? Les scientifiques de l’Université Rice ont la réponse, et cela représente un bond en avant potentiel pour la médecine régénérative et la recherche médicale en général.

Les chercheurs du laboratoire de Jeffrey Hartgerink de Rice ont découvert comment imprimer en 3D les structures bien définies à l’aide d’une encre peptidique auto-assemblée. « À terme, l’objectif est d’imprimer des structures avec des cellules et de faire pousser des tissus matures dans une boîte de Pétri. Ces tissus peuvent ensuite être transplantés pour traiter des blessures ou utilisés pour en savoir plus sur le fonctionnement d’une maladie et pour tester des candidats-médicaments », a déclaré Adam Farsheed, un étudiant diplômé en bio-ingénierie du riz et auteur principal de l’étude, parue dans Matériaux avancés.

« Il y a 20 acides aminés naturels qui composent les protéines du corps humain », a déclaré Farsheed. « Les acides aminés peuvent être liés ensemble en chaînes plus grandes, comme des blocs Lego. Lorsque les chaînes d’acides aminés sont plus longues que 50 acides aminés, elles sont appelées protéines, mais lorsque ces chaînes sont plus courtes que 50 acides aminés, elles sont appelées peptides. Dans ce travail, nous avons utilisé des peptides comme matériau de base dans nos encres d’impression 3D. »

Développés par Hartgerink et ses collaborateurs, ces « peptides multidomaines » sont conçus pour être hydrophobes d’un côté et hydrophiles de l’autre. Lorsqu’elle est placée dans l’eau, « l’une des molécules se retourne sur une autre, créant ce que nous appelons un sandwich hydrophobe », a déclaré Farsheed.

Ces sandwichs s’empilent les uns sur les autres et forment de longues fibres, qui forment ensuite un hydrogel, un matériau à base d’eau avec une texture gélatineuse qui peut être utile pour un large éventail d’applications telles que l’ingénierie tissulaire, la robotique douce et le traitement des eaux usées.

Les peptides multidomaines ont été utilisés pour la régénération nerveuse, le traitement du cancer et la cicatrisation des plaies, et il a été démontré qu’ils favorisent des niveaux élevés d’infiltration cellulaire et de développement tissulaire lorsqu’ils sont implantés dans des organismes vivants.

« Nous savons que les peptides multidomaines peuvent être implantés en toute sécurité dans le corps », a déclaré Farsheed. « Mais ce que je cherchais à faire dans ce projet, c’était d’aller dans une direction différente et de montrer que ces peptides sont une excellente encre d’impression 3D.

« Cela pourrait être contre-intuitif puisque notre matériau est si doux, mais j’ai reconnu que nos peptides multidomaines sont un candidat d’encre idéal en raison de la façon dont ils s’auto-assemblent », a-t-il poursuivi. « Notre matériau peut se réassembler après avoir été déformé, de la même manière que le dentifrice forme une belle fibre lorsqu’il est poussé hors d’un tube. »

La formation en génie mécanique de Farsheed lui a permis d’adopter une approche non conventionnelle pour tester son hypothèse.

« J’avais plutôt une approche d’ingénierie par force brute où, au lieu de modifier chimiquement le matériau pour le rendre plus adapté à l’impression 3D, j’ai testé pour voir ce qui se passerait si j’ajoutais simplement plus de matériau », a-t-il déclaré. « J’ai augmenté la concentration d’environ quatre fois et cela a extrêmement bien fonctionné.

« Il n’y a eu qu’une poignée de tentatives d’impression 3D à l’aide d’autres peptides à auto-assemblage, et ce travail est excellent, mais c’est la première fois qu’un système de peptides à auto-assemblage est utilisé pour imprimer en 3D avec succès un tel complexe. structures », a poursuivi Farsheed.

Les structures ont été imprimées avec des peptides multidomaines chargés positivement ou négativement, et les cellules musculaires immatures placées sur les structures se sont comportées différemment selon la charge. Les cellules sont restées en boule sur le substrat avec une charge négative, tandis que sur le matériau chargé positivement, les cellules se sont étalées et ont commencé à mûrir.

« Cela montre que nous pouvons contrôler le comportement des cellules en utilisant à la fois la complexité structurelle et chimique », a déclaré Farsheed.

Hartgerink est professeur de chimie et de bio-ingénierie et titulaire d’une chaire associée pour les études de premier cycle. Farsheed est un étudiant diplômé en bio-ingénierie et auteur principal de l’étude. Les co-auteurs supplémentaires de l’étude sont l’étudiant de premier cycle Adam Thomas et l’étudiant diplômé Brett Pogostin.

Les National Institutes of Health (R01 DE021798) et le programme de bourses de recherche pour les diplômés de la National Science Foundation ont soutenu la recherche.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

*